## SERAPAN SENYAWA ORGANIK VOLATIL SEBAGAI BIOMARKER PENYAKIT KANKER PARU: SEBUAH MINI REVIEW

## ABSORPTION OF VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS AS A LUNG CANCER’S BIOMARKER: A MINI REVIEW
Donni Kis Apriyanto 1 , Mitrayana Mitrayana 2
1 Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Lampung
2 Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta
Korespondensi: Donni Kis Apriyanto. Email: donni.kis@fmipa.unila.ac.id

## ABSTRAK
Ulasan ini merupakan hasil studi literatur yang memberikan tinjauan umum serapan senyawa-senyawa organik  volatil  yang  dianggap  sebagai  biomarker  kanker  paru.  Senyawa-senyawa  ini  dapat  menyerap  pada panjang  gelombang  tertentu.  Senyawa-senyawa  organik  volatil  yang  teridentifikasi  didaftar  dan  dijabarkan panjang  gelombang  yang  dapat  mereka  serap.  Studi  literatur  ini  menyajikan  kelompok  senyawa-senyawa organik volatil dapat menyerap pada rentang panjang gelombang inframerah. Hasil ulasan ini mungkin dapat bermanfaat  untuk  pengembangan  skrinning  kanker  paru  dengan  menggunakan  alat  spektroskopi  fotoakustik yang  menggunakan  sumber  laser  pada  rentang  panjang  gelombang  inframerah  atau  ultraviolet  dengan memanfaatkan serapan panjang gelombang oleh senyawa-senyawa tertentu.
Keyword: Biomarker Kanker Paru, Senyawa Organik Volatil, Spektroskopi

## ABSTRACT
This  review  is  the  result  of  a  literature  study  that  provides  a  general  collection  of  volatile  organic compounds (VOC) which are considered as markers for lung cancer. These compounds can absorb certain long waves. The volatile organic compounds identified are listed and described in wavelengths that they can absorb. Literature studies that produce volatile organic compounds in the analysis wavelength range. The results of this review may be useful for the development of lung cancer screening by photoacoustic spectroscopic devices that use laser sources in the range of infrared or ultraviolet wavelengths by utilizing wavelength  absorb by certain compounds.
Keyword: Lung Cancer Biomarker, Volatile Organic Compounds, Spectroscopy
How  To  Cite : Apriyanto,  D.,  &  Mitrayana,  M.  (2020).  SERAPAN  SENYAWA  ORGANIK  VOLATIL SEBAGAI BIOMARKER PENYAKIT KANKER PARU: SEBUAH MINI REVIEW. Biomedika, 12(2), 58-64. doi:https://doi.org/10.23917/biomedika.v12i2.10114
DOI : https://doi.org/10.23917/ biomedika.v12i2.10114

## PENDAHULUAN
Kanker merupakan kelompok besar penyakit  yang  dapat  menyerang  bagian  tubuh manapun  dan  merupakan  penyebab  kematian nomor dua di dunia. Menurut data WHO ( 2018) 1,76  juta  kasus  kematian  diakibatkan  kanker paru dari 9,6 juta kasus kematian karena kanker secara umum. Kanker paru merupakan penyumbang  tertinggi  kejadian  kanker  pada laki-laki  di  Indonesia.  Angka  kejadian  penyakit kanker  di  Indonesia  berada  pada  urutan  8  di Asia  Tenggara  dengan  angka  kejadian  rata-rata kematian  10,9/100.000  penduduk  laki-laki (Kementrian Kesehatan (Kemkes) RI, 2019).
Penyebab  utama  dari  tingginya  tingkat kematian  akibat  kanker  paru  adalah  terlambat dalam  mendiagnosis  penyakit.  Oleh  karena  itu, sangat  penting  dalam  mendiagnosa  penyakit kanker  paru  sejak  dini  (Saalberg and Wolff,
2016).  Penegakan  diagnosis  kanker  paru membutuhkan  keterampilan  dan  sarana  yang tidak  sederhana  dan  memerlukan  pendekatan yang  erat  dan  kerja  sama  multidisiplin.
Penemuan  kanker  paru  pada  stadium  dini  akan sangat  membantu  penderita,  dan  penemuan diagnosis  dalam  waktu  yang  lebih  cepat
memungkinkan  penderita  memperoleh  kualitas hidup yang lebih baik.
Salah satu metode yang sedang dikembangkan  dalam  mendeteksi  berbagai penyakit  adalah  analisis  gas  hembus  napas.  Hal ini dikaitkan dengan sifatnya yang non-invasive, mendapatkan  sampel  yang  mudah  dan  potensi dalam memfasilitasi untuk mempercepat diagnosis  (Lawal et  al. ,  2017).  Perkembangan analisis  gas  hembus  napas  sangat  menjanjikan dalam  biomarker  kanker  didasarkan  pada volatolomik,  yaitu  pada  analisis  senyawa organik  yang  mudah  menguap  (semi-volatile dan sangat volatile) yang berasal dari sel kanker dan/atau  lingkungan  mikro  sel  kanker  yang dapat dideteksi dalam cairan tubuh yang berbeda (gas  hembus  napas,  darah,  urin,  keringat,  dan lain-lain)  tergantung  pada  jaringan/darah  dan koefisien  partisi  darah/udara  (Einoch  Amor et al. , 2019). Horyáth et al. (2009) meninjau bukti ilmiah  yang  menunjukkan  bahwa  tanda  kimia yang  unik  dapat  dideteksi  dalam  napas  pasien dengan  kanker  paru-paru  dan  profil  biomarker napas  yang  dihembuskan  dapat  membantu pengambilan keputusan klinis.
Senyawa-senyawa  organik  volatil  dalam gas  hembus  napas  tersedia  dalam  jumlah  yang
sangat  sedikit  dari  ppm  hingga  ppb.  Metode yang  pernah  dilakukan  untuk  mendeteksi kandungan  gas  hembus  nafas  pada  pasien kanker paru yaitu dengan spektrometer massa  – reaksi  transfer  proton  ( proton  transfer  reaction mass spectrometry (PTR-MS)) dan spektrometer massa  kromatografi  gas  –  mikroekstraksi  fase solid  ( solid  phase  microextraction  –  gas chromatography  mass  spectrometry (SPME-
GCMS)). Namun SPME-GCMS ini relatif tidak sensitif  karena  komponen-komponen  penanda penyakit  kanker  paru  dalam  gas  hembus  nafas pada relawan sehat tidak terdeteksi. Kekurangan lain, pada PTR-MS yaitu tidak bisa
mengidentifikasi senyawa dengan pasti
(Bajtarevic et  al. ,  2009).  Oleh  karena  itu
diperlukan  alat  yang  mampu  mendeteksi senyawa organik volatil dengan sensitifitas yang tinggi.  Salah  satunya  adalah  spektroskopi fotoakustik laser CO 2 . Penelitian untuk menguji performa  spektrometer  fotoakustik  laser  CO 2
dalam menganalisis konsentrasi senyawa-
senyawa  dalam  gas  hembus  napas  seperti penelitian  yang  dilakukan  peneliti  sebelumnya pada  penderita  diabetes  (Tyas et  al. ,  2018)  dan
penderita kanker paru (Mitrayana et al ., 2020).
Tujuan  penelitian  ini  diharapkan  dapat dijadikan  sebagai  acuan  dalam  mendeteksi penyakit  kanker  paru  dengan  menganalisis  gas hembus  napas  menggunakan  spektrometer fotoakustik  dengan  sumber  laser  pada  rentang panjang  gelombang  infrared,  cahaya  tampak atau  ultraviolet.  Selain  itu  penelitian  ini dimungkinkan  juga  sebagai  acuan  analisis  gas dengan menggunakan alat lain yang menggunakan  prinsip  penyerapan  gelombang oleh gas.

## METODE
Penelitian  ini  menggunakan  metode  studi literatur  dengan  artikel  atau  penelitian  yang berhubungan  dengan  senyawa  organik  volatil sebagai  biomarker  penyakit  paru.  Senyawa- senyawa  organik  volatil  yang  diambil  adalah senyawa-senyawa  yang  dideteksi  menggunakan ( Gas  Chromatography  Mass  Spectrometry
(GCMS),  ( Proton  Transfer  Reaction  –  Mass
Spectrometry (PTR-MS)  dan  hidung  elektronik
( electronic  nose ).  Data  senyawa-senyawa  yang didapatkan  tersebut  dicari  nilai  serapan  panjang gelombang  dengan  studi  literatur.  Hasil  yang didapat akan dikelompokkan terhadap senyawa- senyawa yang dapat menyerap panjang
gelombang  infrared,  cahaya  tampak  atau ultraviolet.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Saalberg  and  Wolf  (2016)  mengumpulkan senyawa-senyawa  organik  volatil  yang  dapat digunakan  sebagai  biomarker  kanker  paru.
Tujuh  puluh  tujuh  senyawa  telah  diidentifikasi dengan  30  senyawa  organik  volatil  diantaranya ditemukan  sebagai  biomarker  kanker  paru  oleh lebih  dari  satu  penelitian.  Senyawa  organik volatil  tersebut  yang  diteliti  menggunakan deteksi  GCMS,  SPME-GC  dan  SPME-GCMS disajikan pada tabel 1.
Tabel 1. Senyawa-senyawa organik volatile biomarker kanker paru
No. VOC Rumus Senyawa Teknik Deteksi 1 2-Butanona (Metil etil keton) C 2 H 5 COCH 3 SPME-GCMS, GCMS 2 1-propanol CH 3 CH 2 CH 2 OH (C 3 H 8 O) SPME-GCMS 3 Isoprena (2-metil-1,3-butadin) CH 2 =CHC(CH 3 )=CH 2 SPME-GCMS, SPME-GC 4 Etilbenzena C 6 H 5 C 2 H 5 SPME-GCMS, GCMS 5 Stirena (Etenilbenzena) C 6 H 5 CH=CH 2 (C 8 H 8 ) SPME-GC, GCMS, SPME-GCMS 6 Heksanal CH 3 (CH 2 ) 4 CHO SPME-GC, SPME-GCMS 7 Asetone (Propanon) CH 3 COCH 3 SPME-GCMS, GCMS 8 2-pentanona (Metil propil keton) CH 3 COCH 2 CH 2 CH 3 GCMS, SPME-GCMS 9 2-propanol (Isopropilalkohol, Isopropanol) (CH 3 ) 2 CHOH GCMS, SPME-GCMS 10 Dekana CH 3 (CH 2 ) 8 CH 3 SPME-GC, GCMS, SPME-GCMS 11 Benzena C 6 H 6 SPME-GC, GCMS, SPME-GCMS 12 Heptanal CH 3 (CH 2 ) 5 CHO SPME-GC, SPME-GCMS 13 Butana CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 SPME-GCMS, GCMS 14 Propanal CH 3 CH 2 CHO SPME-GCMS 15 n-pentana CH 3 (CH 2 ) 3 CH 3 SPME-GCMS, GCMS 16 Benzaldehida C 6 H 5 CHO SPME-GCMS 17 Butanal (Butiraldehida) CH 3 CH 2 CH 2 CHO SPME-GCMS, GCMS 18 Undekana CH 3 (CH 2 ) 9 CH 3 GCMS 19 Propil benzena C 6 H 5 CH 2 CH 2 CH 3 GCMS 20 1,2,4-trimetil benzena C 6 H 3 (CH 3 ) 3 SPME-GCMS 21 Metil siklopentana C 5 H 9 CH 3 GCMS 22 3-hidroksi-2-butanon (Asetoin) CH 3 COCH(OH)CH 3 SPME-GCMS 23 Pentanal CH 3 (CH 2 ) 3 CHO SPME-GCMS 24 Octanal CH 3 (CH 2 ) 6 CHO SPME-GCMS 25 Nonanal CH 3 (CH 2 ) 7 CHO SPME-GCMS 26 Dimetil sulfida (CH 3 ) 2 S
SPME-GCMS
27 4-metil oktana C 9 H 20 GCMS 28 Propana CH 3 CH 2 CH 3 SPME-GCMS 29 Isoheksana  (2-metil pentana) CH 3 CH 2 CH 2 CH(CH 3 ) 2 SPME-GCMS 30 Heptana CH 3 (CH 2 ) 5 CH 3

## SPME-GCMS
Senyawa  organik  seperti  hidrokarbon rendah  (C 2 H 4 ,  C x H x )  dan  aldehida  dan  keton
(komponen C-H dengan setidaknya memiliki satu  ikatan  rangkap  C-O)  berada  pada rentang  energi  2600  cm -1 dan  3200  cm -1
(Grosch, 2014). Selain pada rentang tersebut,
serapan keton juga dapat berada pada rentang 700 cm -1 – 1780 cm -1 (Harrison et al. , 2011).
Beberapa  senyawa  organik  berada  pada rentang  energi  inframerah  dan  ultraviolet seperti  yang  disajikan  pada  tabel  2.
Tabel 2. Daerah serapan senyawa-senyawa organik volatile biomarker kanker paru
No. VOC Rumus Senyawa Rentang serapan (cm -1 ) 1 2-Butanon (Metil etil keton) C 2 H 5 COCH 3 550 – 6500 (Sharpe et al. , 2004) 2 Isoprena (2-metil-1,3- butadin) CH 2 =CHC(CH 3 )=CH 2 600 – 6500 (Sharpe et al. , 2004) 3 Etilbenzena C 6 H 5 C 2 H 5 600 – 6500 (Sharpe et al. , 2004) 4 Aseton (Propanon) CH 3 COCH 3 700 – 1780 (Harrison et al. , 2011) 5 Benzena C 6 H 6 600 – 6500 (Rinsland et al. , 2008) 36990 – 41785 (Fally et al. , 2009) 6 Benzaldehida C 6 H 5 CHO 600 – 6500 (Sharpe et al. , 2004) 7 Dimetil sulfida (CH 3 ) 2 S 600 – 6500 (Sharpe et al. , 2004) 8 Propana CH 3 CH 2 CH 3 600 – 6500 (Sharpe et al. , 2004) 2540 – 3300 (Harrison and Bernath, 2010)
Rentang  serapan  pada  tabel  2  dapat dibedakan  menjadi  2  golongan,  yaitu rentang energi pada serapan inframerah (100 cm -1 sampai 10.000 cm -1 ) (Silverstein et al. ,
1949)  dan  rentang  energi  pada  serapan ultraviolet. Senyawa-senyawa organik
volatil  pada  tabel  2,  seluruhnya  dapat menyerap  pada  rentang  inframerah  baik inframerah  dekat  sampai  inframerah  jauh, sehingga  senyawa-senyawa  tersebut  dapat dideteksi menggunakan spektrometer dengan  sumber  laser  pada  rentang  panjang
gelombang  inframerah.  Selain  menyerap pada  rentang  panjang  gelombang  infrared, senyawa  pada  tabel  2  juga  ada  yang menyerap  pada  rentang  ultraviolet  misalnya benzena,  sehingga  senyawa  ini  dapat digunakan pada spektrometer dengan sumber laser pada rentang panjang gelombang ultraviolet.

## SIMPULAN
Senyawa-senyawa  organik  volatil  yang dapat  digunakan  sebagai biomarker kanker paru  dapat  menyerap  pada  rentang  panjang gelombang  inframerah  sehingga  senyawa- senyawa ini dapat dideteksi dengan menggunakan  spektrometer  dengan  sumber laser  inframerah.  Senyawa  yang  juga  dapat dideteksi  oleh  spektrometer  dengan  sumber laser ultraviolet yaitu benzena.

## DAFTAR PUSTAKA
Bajtarevic, A. Ager, C.,  Pienz, M., Klieber, M.,  Schwarz,  K.,  Ligor,  M.,  Ligor,  T., Filipiak, W., Denz, H., Fiegl, M., Hilbe,
W.,  Weiss,  W.,  Lukas,  P.,  Jamnig,  H., Hackl, M., Haidenberger, A., Buszewski, B., Miekisch, W., Schubert,
J.,  and  Amann,  A. 2009.  Noninvasive
detection  of  lung  cancer  by  analysis  of exhaled breath. BMC Cancer , 9, p. 348.
doi: 10.1186/1471-2407-9-348.
Einoch  Amor,  R.  Nakhleh,  M.K . ,  Barash,
O . , and Haick, H . 2019. Breath analysis of  cancer  in the  present  and  the  future. European  respiratory  review :  an official  journal  of  the  European
Respiratory Society , 28(152). Pp: 1–10. doi: 10.1183/16000617.0002-2019.
Fally,  S.,  Carleer,  M. and Vandaele,  A.  C. 2009. UV Fourier transform absorption cross  sections  of  benzene,  toluene, meta-, ortho-, and para-xylene. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer . 110(9–10), Pp: 766–82. doi: 10.1016/j.jqsrt.2008.11.014. Grosch,  H.  2014. Optical  Absorption Spectroscopy  for  Gas  Analysis  in Biomass Gasification . Danmarks Tekniske Universitet (DTU). Harrison,  J.J.  Humpage,  N.,  Allen,  N.D.C., Waterfall,  A.M.,  Bernath,  P.F.,  and Remedios,  J.J.  2011.  Mid-infrared absorption  cross  sections  for  acetone (propanone). Journal  of  Quantitative Spectroscopy  and  Radiative  Transfer .
Elsevier,  112(3).  Pp:  457–64.  doi: 10.1016/j.jqsrt.2010.09.002.
Harrison,  J.  J.  and  Bernath,  P.  F.  2010.
Infrared  absorption  cross  sections  for propane  (C3H8)  in  the  3μm  region. Journal  of  Quantitative  Spectroscopy and Radiative Transfer . Elsevier, 111(9). Pp: 1282–1288. doi: 10.1016/j.jqsrt.2009.11.027. Horváth, I. Lázár, Z., Gyulai, N., Kollai, M., Losonczy, G. 2009. Exhaled biomarkers  in  lung  cancer. European Respiratory Journal , 34(1). Pp: 261–75.
doi: 10.1183/09031936.00142508.
Kementrian  Kesehatan  (Kemkes)  RI.  2019. Available at: http://www.depkes.go.id/article/view/1 9020100003/hari-kanker-sedunia- 2019.html (Accessed: 29 July 2019).
Lawal, O. Ahmed, W. M., Nijsen, T. M. E., Goodacre,  R.,  &  Fowler,  S.  J.  2017. Exhaled  breath  analysis:  a  review  of “breath-taking”  methods  for  off-line analysis. Metabolomics .  Springer  US, 13(10). Pp: 1–16. doi: 10.1007/s11306- 017-1241-8.
Mitrayana,  Apriyanto,  D. K.  and  Satriawan,
M.  2020.  CO2  Laser  Photoacoustic
Spectrometer for Measuring Acetone in the  Breath  of  Lung  Cancer  Patients’,
Biosensors. 10. p. 55. doi: 10.3390/bios10060055.
Rinsland,  C.  P.  Devi,  V.,  Blake,  T.,  Sams, R.,  Sharpe,  S., and Chiou,  L.  2008. Quantitative measurement of integrated band intensities of benzene vapor in the mid-infrared  at  278,  298,  and  323  K.
Journal  of  Quantitative  Spectroscopy and  Radiative  Transfer .  109(15).  Pp: 2511–22. doi:
10.1016/j.jqsrt.2008.04.007.
Saalberg,  Y.  and  Wolff,  M.  2016.  VOC breath  biomarkers  in  lung  cancer.
Clinica  Chimica  Acta .  Elsevier  B.V. 459. Pp. 5–9. doi: 10.1016/j.cca.2016.05.013.
Sharpe,  S.  W., Johnson,  T.  J.,  Sams,  R.  L., Chu,  P.  M.,  Rhoderick,  G.  C.,  & Johnson,  P.  A. 2004.  Gas-Phase Databases  for  Quantitative  Infrared
Spectroscopy. Applied  Spectroscopy . 58(12). Pp: 1452–61. doi: 10.1366/0003702042641281. Silverstein,  R.  M.,  Webster,  F.  X.  and Kiemle,  D.  J.  1949. Spectrometric Identification  of  Organic  Compounds . 7 th edition.  New  York:  John  Wiley  &
Sons, Inc. doi: 10.1021/ac60028a006. Tyas,  F.  H.  Nikita,  J.G.,  Apriyanto,  D.K., Mitrayana  and  Amin,  M.N.  2018.  The Performance of CO2 Laser Photoacoustic Spectrometer in Concentration  Acetone  Detection  As Biomarker  for  Diabetes  Mellitus  Type 2. Journal  of  Physics:  Conference
Series . doi: 10.1088/1742- 6596/1011/1/012056. World  Health  Organization  (WHO).  2018. Cancer . Available at: https://www.who.int/en/news- room/fact-sheets/detail/cancer (Accessed: 29 July 2019).